某三代核電廠設備冷卻水系統改進分析

文/滕浩、楊清 中國核電工程有限公司 北京 100084

1、某核電站設備冷卻水系統簡介

設備冷卻水系統是為核島相關工藝系統提供設備冷卻水，在電站運行期間，以及在停堆換料期間將各設備和設施產生的熱量通過廠用水系統傳遞到環境。系統設計為兩個機械系列，每個系列包括一臺設備冷卻水泵和一臺冷卻水熱交換器，在公共母管上設一個波動箱和化學添加箱。系統流程簡圖如下圖1：

圖1

設備冷卻水系統的安全相關功能是，對貫穿安全殼屏障的設備冷卻水系統管線進行安全殼隔離。設備冷卻水系統的縱深防御功能對防止非能動安全系統的動作有重要作用，包括：正常停堆冷卻、換料工況熱量導出、補水泵保護、乏燃料的冷卻。

2、設備冷卻水系統存在的問題

設備冷卻水系統需要在電站整個壽期內連續運行，采用了簡化設計，設備冷卻水系統成為非安全相關系統，系統僅有1列母管和2臺泵。設冷水系統喪失時用非能動堆芯冷卻系統來冷卻堆芯，可能會導致非能動系統進一步動作，進而對電站造成一定程度的損傷和破壞。用消防水對正常余熱排除系統進行冷卻，僅能持續幾個小時，消防水質差將對系統產生不良影響，系統恢復困難。從電站運行經濟性和投資保護角度考慮，希望非能動專設安全設施在整個壽期之內不需要動作，這就要求設備冷卻水系統有非常高的可靠性。

2.1 部分閥門檢修困難

設備冷卻水系統部分閥門，只有在系統停運的情況下才可以對其進行檢修。經統計設備冷卻水系統難以隔離檢修的閥門有20英寸閥門5個、12英寸閥門2個、10英寸閥門1個、8英寸閥門1個、6英寸閥門3個、4英寸閥門1個、3英寸閥門1個。

波動箱材料為碳鋼，應安排一定間隔周期的檢查，期間將排空，進行內部除銹、測壁厚。系統持續運行要求波動箱始終保持正常液位，使得位于波動箱到母管之間的連接管道上的閥門無法隔離，該閥門沒有檢修窗口。

2.2 設備冷卻水系統泵備用不足

設備冷卻水系統在電站所有運行模式下都需要持續運行，對設冷水泵和設冷熱交換器的維修工作安排在電站正常運行模式下進行。在一列泵和熱交換器檢修的過程中，運行泵和熱交換器出現故障，設備冷卻水系統喪失，導致反應堆停堆并且無法正常停堆冷卻，較長時間設備冷卻水系統無法恢復將導致非能動安全系統動作，可能會對電站造成一定程度的破壞。

主系統半管運行是為了對蒸發器等設備進行檢修，此過程中需要2臺泵和熱交換器都運行，此過程中同樣沒有備用的設備冷卻水泵，若1臺泵故障，應盡快恢復故障泵保持2列運行，或退出半管運行狀態。

3、改進分析

以往核電項目在“先工程，后商務”的指導思想下，建安發包方采取粗放型的管理模式，使建安合同結算工作舉步維艱；三代核電項目對建安合同執行階段管理工作的準確性和時效性都提出了更高的要求。應加強施工圖預算的及時編制，做好扎實的基礎數據計算與核對工作，嚴格過程管控，及時負責的處理商務問題，促進項目建設的順利進行。

某三代核電站設備冷卻水系統目前為2臺泵、2臺熱交換器和1列母管；M310設備冷卻水系統為4臺泵、4臺熱交換器和2列母管。M310喪失設備冷卻水將影響電站的安全性和經濟性，某三代核電站喪失設備冷卻水將影響電站的經濟性，僅從設備冗余性角度考慮，若設備可靠性相當，則可認為某三代核電站喪失設備冷卻水系統的可能性要高于M310堆型。為提高設備冷卻水系統的可靠性，建議對設備冷卻水系統進行修改，增加系統的冗余配置，降低電站喪失設備冷卻水系統的風險。

從閥門檢修角度考慮，要想滿足包括母管閥門在內的系統所有閥門的檢修要求，需要增加一列母管，同時也應該增加1臺波動箱，這樣系統內所有閥門均可以在系統不停運的情況下進行檢修。

從系統可靠性角度考慮，有必要通過增加1臺備用泵和熱交換器，來降低設備冷卻水系統喪失的風險。

改進后的系統簡圖如下圖2：

圖2

將設備冷卻水系統供水/回水母管改成兩列，將2臺冷凍機、4臺空壓機、2臺正常余熱排出泵和熱交換器、2臺乏池冷卻熱交換器、2臺補水泵小流量熱交換器對稱布置，分別接入設冷水A/B列。4臺主泵等安全殼內用戶和主泵變頻器可以由兩列母管提供冷卻。安全殼內用戶和主泵變頻器可以在換料期間對其閥門進行檢修，其他用戶隔離閥在電站正常運行過程中通過對設備冷卻水系統停運列疏水進行集中檢修，這樣不會影響設備冷卻水系統正常運行。

增設第3臺泵，作為運行泵的優先備用，若第3臺泵無法啟動，則啟動備用列。設備冷卻水系統切換運行序列后，切換第3臺泵和熱交換器的在線狀態，以保證系統有足夠的冗余和備用。可以保證在電站啟動、停堆冷卻、半管運行和換料過程中設備冷卻水系統能夠有一臺備用泵，可以在一定程度上降低設備冷卻水系統喪失的概率，保證電站的經濟性。

結語：

為減小非能動安全設備的動作概率，應該盡量提升具有縱深防御功能系統和設備的可靠性。設備冷卻水系統的備用不足，部分閥門檢修困難，影響核電站的穩定可靠運行。增加備用序列和設備可以降低核電站喪失設備冷卻水系統的概率，更好的承擔設備冷卻水系統的縱深防御功能，避免專設安全設施的不必要動作，保障核電站運行的經濟性，因此建議后續項目對設備冷卻水系統進行必要的改進。